稠油降粘剂制备方法的研究与进展

＊王亚娜 韩超 王丽娟

（1.华北理工大学化学工程学院 河北 063210 2.唐山冀油瑞丰化工有限公司 河北 063200）

1.概述

稠油是指黏度较高的原油，通常具有低沥青质含量、高树脂含量、低金属含量、高黏度和低相对密度的特点。其黏度常常超过100mPa·s，而常规原油的黏度通常在10～100mPa·s范围内[1]。由于稠油黏度高，在地层和管道中的流动能力较差，因此降低稠油黏度是开采的关键。稠油的高黏度使其在采收、输送和加工过程中面临很多困难，因此稠油降粘剂的研究和开发变得越来越重要。

目前，对于稠油的开采、运输以及加工等过程通常采用降粘的技术，以便于降低稠油的黏度，提高流动性。稠油降粘按照降粘机理的分类，主要包括物理法和化学法两种。物理法主要是利用物理原理来改变原油的物理性质，例如加热、稀释、机械剪切等，但这些方法存在能耗大、成本高、效果不稳定等缺点。化学法是一种更为有效的方法，主要是通过添加化学降粘剂来改变原油的化学性质，使其黏度降低，常用的化学降粘剂包括表面活性剂、溶剂、聚合物等。化学降粘剂按照其机理不同大体上分为水溶性稠油降粘剂和油溶性稠油降粘剂[2]。

降粘剂的研究有助于解决稠油的开采与运输问题，为以后的稠油开采提供帮助，有助于缓解能源紧张的局势，实现经济效益与社会效益的双赢。

2.油溶性稠油降粘剂及其机理

(1)机理

油溶性降粘剂分子中含极性基团侧链和高碳烷基主链[3]。主碳链作用是使降粘剂分子能通过渗透分散作用溶于稠油中，侧链的极性基团与胶质、沥青质中的极性基形成更活泼的氢键，破坏其原有的有序结构，使其形成的新产物结构不稳定且结构松散，降低稠油的内部分子的吸引力，分散稠油中的胶质和沥青质，使其黏度降低，增大稠油的湍动速度，减少其流体阻力，起到降粘作用。

(2)油溶性降粘剂

随着油溶性降粘剂的快速发展，油溶性降粘剂大概可分为三类[4]：缩聚物型、聚合物型、表面活性剂型。

缩聚物型稠油降粘剂的制备是由降凝剂机理来的，所以其具有降凝剂提高石油低温流动性的优良特性。聚合物型稠油降粘剂主要是由丙烯酸十八酯，马来酸酐，苯乙烯等不饱和单体聚合来的，其制备受单体摩尔配比、引发剂质量百分比、反应时间和反应温度等因素的影响。聚合物是一类高分子化合物，可以在原油中形成一层聚合物膜，从而减少原油分子间的作用力，降低黏度。表面活性剂是一类具有亲水性和疏水性的分子，可以在原油表面形成一层分子膜，从而降低原油的黏度。常用的表面活性剂包括十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠等[5]。

①缩聚物型

缩聚反应的产物称为缩聚物，常见的缩聚物包括聚酰胺、聚缩醛和蛋白质。缩聚物型稠油降粘剂最早是酚和氯化石蜡的缩聚物或者萘和氯化石蜡的共缩聚物[6]。但是这种稠油降粘剂应用局限性较大，主要针对石蜡的降粘，对于稠油的降粘效果不佳，所以应用不广泛，近几年对这种降粘剂研究也非常少。

②聚合物型

聚合物型降粘剂应用广泛，主要可分为二元聚合物、三元聚合物和四元聚合物等。相较于二元聚合物，多元聚合物具有较多特定功能的官能团，致使其拥有较高的降粘率，近几年来对多元聚合物研究也逐渐增多。

倪斌[7]在2015年针对胜利孤东K92稠油，研发了一种以马来酸酐，苯乙烯，丙烯酸十八酯和丙烯酰胺为原料的四元聚合物ASMZ，用量在500μg/g时降粘率可达48.49%。但是倪通过实验发现，这种油溶性稠油降粘剂和其他降粘剂复配可增加其降粘率，其中以SDS复配的稠油降粘剂对胜利孤东K92稠油降粘率可达68.59%。

陈小凯[8]在2016年通过溶液聚合法将丙烯酸十八酯、甲基丙烯酸甲酯和乙烯基三乙氧基硅烷按照1:0.8:0.5的摩尔比合成了一种白色三元共聚物VTEO/SA。在稠油含水量为50%，用量为500mg/L时对辽河油田高3618块稠油降粘率高达90%。陈通过对比发现VTEO/SA降粘效果明显优于国内其他降粘剂，较好的适用于低含水油田。

2020年，李洋等[9]将丙烯酸十二酯，α-甲基苯乙烯和2-丙烯酰胺基十六烷磺酸三元聚合成一种油溶性稠油降粘剂，按照6:3:1的摩尔比，引发剂质量分数为1%，反应时间为5h，温度为70℃时引发剂AIBN分解速度最快、自由基最多、单体聚合反应程度最大，降粘率最高。实验证明，AMS加量为4000mg/L时，对塔河油田TK1058井降粘率为56.94%，优于市售降粘剂EVA和MVA。

③表面活性剂型

2021年陈浩等[10]用聚氧乙烯烷基苯酚醚、烷基苯磺酸钠，聚氧乙烯山梨糖醇酐脂肪酸酯和碱性物质合成了一种表面活性剂型稠油降粘剂。陈等在制备过程中加入的碱性物质与稠油中的有机酸发生反应，降低稠油的流体阻力，提高其流动度。而且当这种稠油降粘剂与其它稠油降粘剂复合使用时，可以有效降低其他降粘剂的用量，大大节约了成本，更加经济实用。

同年毛金成等[11]先将马来酸酐与壬基酚聚氧乙烯醚反应得到中间产物，然后加入丙烯酰胺与上述阶段的中间产物反应，制备出了一种高分子表面活性剂型稠油降粘剂。该降粘剂在温度为50℃时降粘效果最佳，降粘率为92.7%。该种高分子表面活性剂型稠油降粘剂适用范围广，可以对不同类型的稠油有很高的降粘率。这种降粘剂比普通表面活性剂型降粘剂的制备方法更简单、成本更低、稠油降粘效果也更好，可以更好地实现效益最大化。

3.水溶性稠油降粘剂及其机理

(1)机理

水溶性降粘机理是利用表面活性剂乳化降粘，是在稠油中掺入降粘剂水溶液，将W/O型油包水状态转化成O/W型水包油状态，从而减少流体阻力，使其油膜与油膜之间的摩擦变为水膜与水膜之间的摩擦，降低黏度。这种方法降粘率高，而且具有近井地带油层的解堵效果[12]。

(2)水溶性降粘剂

水溶性降粘剂是最为重要的一类稠油降粘剂，能够有效减少油和水之间的界面张力，提高采油效率，促进稠油分散和乳化，在稠油降粘中广泛应用[13]。可以进一步细分为非离子表面活性剂型，阴离子表面活性剂型和阴-非离子表面活性剂型[14]，其按照性能又分为耐高温和耐盐性稠油降粘剂。

①非离子表面活性剂型

2014年周继柱等[15]以丙烯酰胺、疏水烷基丙烯酰胺、丙烯酰胺基烷基氯化铵季铵盐和非离子聚醚丙烯酸酯四元共聚合成了一种抗温耐盐型水溶性两亲聚合物稠油降粘剂。该稠油降粘剂对中低黏度稠油降粘率超过98%，对中高黏度稠油，降低稀油掺稀量70% ～85%以上。两亲聚合物降粘剂相较于普通水溶性降粘剂具备与稠油较高的亲、疏水润湿性作用，其亲水基团能更好的吸附在稠油表面，增加其对稠油的乳化作用。

2021年刘炳圻等[16]采用氧化反应制备新型水溶性稠油降黏剂SWQ-1。当合成条件为脂肪酰胺丙基二甲基叔胺与过氧化氢摩尔比为1:1.6，SWQ-1质量分数为0.3%，降粘率可达到85%以上，表面张力可以降低到27mN/m以下。因此，可以说明这种新型稠油降粘剂不仅可以降低稠油黏度，而且可以有效的降低稠油表面张力，更加适用于普通稠油油藏的驱油。

②阴离子表面活性剂型

2023年石昀等[17]选择反相乳液聚合法，用亲油单体乙烯基吡嗪、马来酸十三酯、亲水单体AMPS和丙烯酰胺制备成一种水溶性双基稠油降黏剂。该降黏剂22h可实现稠油完全剥离，稠油的降黏率均可达95%以上。耐温达180℃，耐盐达50000mg/L，对大港南部油田5种不同类型稠油的降黏率均达95%以上，具有很好的降黏效果。该降黏剂对大港南部油田风8-XX-X，大港南部油田枣41-X和家37-XX起到了很好的降粘效果。石昀等人还表明下一步的研究方向是采取复合技术提高稠油采出率，为以后新型复合水溶性稠油降粘剂的制备奠定了基础。

③阴-非离子表面活性剂型

2020年王艳萍等[18]针对渤海稠油用双酚、对羟基苯磺酸、聚氧乙烯辛基苯酚醚等原料制备了一种阴-非离子水溶性稠油降粘剂AFOP-10。当单体配比双酚：对羟基苯磺酸；聚氧乙烯辛基苯酚醚为1:6:9时，降粘剂AFOP-10耐高温高达363℃，耐盐浓度最高为49476mg/L。该降粘剂分子中含有-SO3H和-CH2CH2O-亲水基团，同时还含有三氟甲基、苯环、长链烷基三类亲油基团，所以AFOP-10既具备阴离子型水溶性降粘剂的性能，也具有非离子型水溶性降剂的性能优势，对渤海稠油降粘率可达98.50%以上，适用范围也比较广。

4.水溶性降粘与油溶性降粘剂对比

（1）水溶性降粘剂比油溶性降粘剂应用更加广泛，降粘率更高。

（2）油溶性降粘剂的储存运输不便且更加危险，而且味道刺鼻，因此使用时需要注重温度，湿度等因素影响。

（3）水溶性降粘剂更加适合含水量较低的油田中，油溶性降粘剂则适合含水量较高的油田中。但是对于胶质和沥青质含量大的油田，油溶性降粘剂无论是在其降粘速度、剥离程度上都更加适合，而且清洗速度快[19]。

（4）水溶性降粘剂掺水量大，后续处理工艺比较复杂，但是水溶性降粘剂经济效益高，应用范围广，受影响因素较少。

5.总结与展望

总的来说，稠油降粘剂的制备方法多种多样，每种方法都有其优缺点。未来的研究方向应当是寻找更为高效、环保、经济的制备方法，寻求更高的降粘率和适应性广等特点以满足稠油开采和加工的需求。采用复合技术提高稠油降粘率是未来一个新的研究方向。